基因组研究揭示了Micromonospora sp. PTRAS2的抗菌潜力

《Microbiology Resource Announcements》：Genomic insights highlight antimicrobial potential of Micromonospora sp. PTRAS2

印度拉加恩杰多汁树根际分离的Micromonospora sp. strain PTRAS2基因组分析显示，其7.6Mb基因组（G+C含量73.7%）包含多种生物合成基因簇（如聚酮、非核糖体肽），并携带CRISPR-Cas系统及抗微生物基因，提示新型生物活性化合物及抗性机制的研究价值。

　　

摘要

Micromonospora属PTRAS2菌株是一种革兰氏阳性放线菌，从印度Raiganj地区的桑树根际土壤中分离得到，其基因组大小为7.6 Mb（G+C含量为73.7%）。基因组分析显示该菌含有多个用于合成抗菌和生物活性化合物的基因簇，表明其具有成为新型天然产物来源的潜力。

公告

Micromonospora属菌株属于革兰氏阳性、需氧、丝状放线菌，通常形成橙色菌落，在孢子形成过程中会变为红色、棕色或黑色（1）。这类菌广泛分布于土壤和与植物相关的生态位中，以产生结构多样的次级代谢产物而闻名，包括抗生素和水解酶（2, 3）。它们丰富的生物合成基因簇（BGCs）使其成为天然产物发现和生物技术研究的首选对象。

Micromonospora属PTRAS2菌株是从一株桑树的根际土壤中分离得到的（地理坐标：25.6072°N, 88.1303°E；采样日期：2025年4月6日；采样时间：上午10:30（IST时间）。将10克土壤样本悬浮在90毫升无菌0.9% NaCl溶液中，进行系列稀释后接种到淀粉酪蛋白琼脂培养基上（成分：淀粉10.0克、KNO₃ 2.0克、NaCl 2.0克、K₂HPO₄ 2.0克、MgSO₄·7H₂O 0.05克、CaCO₃ 0.02克、FeSO₄ 0.01克、酪蛋白0.3克、琼脂20.0克、蒸馏水1升，pH值7.0），并在30°C下培养4-5天（3）。通过多次划线培养纯化单菌落。在第三次传代后选取一个形态稳定的菌落进行进一步分析，该菌落可连续传代12代，并保存在-80°C、20%甘油环境中。

使用标准酚-氯仿方法从该单菌落中提取基因组DNA（4）。利用KAPA HyperPlus试剂盒（Roche #07962428001）制备双端文库，并在Illumina NovaSeq 6000平台上进行测序。使用Qubit 4.0和LabChip GX Touch对文库进行定量和插入片段长度评估。测序产生了29,570,242条读段（平均长度2 × 150 bp）。原始读段通过FastQC v.0.11.9进行质量检测，并使用Fastp v.0.23.4进行预处理（参数：--length_required 50 --correction --trim_poly_g --cut_front --cut_tail --qualified_quality_phred 30 --unqualified_percent_limit 30 --averageQUAL 30）。处理后的读段使用Unicycler v.0.4.4进行de novo组装（7）。使用CheckM2 v.1.0.1评估基因组完整性和污染情况（8），并利用BV-BRC v3.54.6进行注释（9）。除非另有说明，所有软件工具均使用默认参数。最终组装得到的基因组包含82个contig，平均长度为756,057 bp，平均碱基对含量（N₅₀）为4。该基因组全长7,677,193 bp，G+C含量为73.7%，平均测序深度为577.75倍。共注释出6,839个编码序列，包括5个rRNA基因和59个tRNA基因。使用CGView生成了基因组环状图（图1）（10）。

图1

图1 使用CGView生成的Micromonospora sp. strain PTRAS2基因组的环状图。从外向内看，第1和第4环显示正向和反向链上的预测编码序列（CDSs）；第2环显示CRISPR-Cas系统特征；第3环（骨架）显示contigs；第5环显示G+C%含量；第6环显示GC偏斜情况。

基因组分析发现该菌含有多种生物合成基因簇，包括多酮类、非核糖体肽以及核糖体合成和翻译后修饰的肽类。部分基因簇与已知生物合成系统（如loseolamycin A1/A2、SapB和chromomycin A3）具有高度相似性，表明该菌具有产生新型生物活性化合物的潜力。此外，该基因组还携带抗菌抗性基因（如qacG和vanW），以及来自Streptomyces venezuelae的rox同源基因，提示可能存在利福霉素修饰基因的水平转移。该基因组还包含一个明确的I-E型CRISPR-Cas系统及多个CRISPR阵列，体现了其基因组的可塑性和适应性，以及通过抗菌抗性和适应性免疫实现生存的双重策略。

致谢

Pankaj Mandal感谢Swami Vivekananda Merit-cum-Means奖学金的支持（申请编号：WBP241720165040）。